开关电源 文献综述

第一篇：开关电源 文献综述

开关电源

---文献综述

引言

在计算机，电子仪表和通讯系统中应用极为广泛的开关电源，在近半个世纪的发展过程中，因具有轻小，高效等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，成为电子电源中的主流产品。人们在开关电源的技术领域里，一边开发相关电子技术，一边开发新型功率材料和元器件，两者相互促进推动着开关电源向轻小薄低噪声高可靠抗干扰方向发展，每年超过两位数的增长率。

开关电源分为AC/DC和DC/AC两大类。主要应用于计算机，通讯办公室，控制设备，电子仪器等投资类产品及电视机，摄像机，VCD，电子游戏机等消费类产品。目前全球开关电源制造商约500家。据国外专家预计，世界开关电源的销量额将由1992年的84亿美元猛增至1999年得166亿美元，刺激开关电源市场进一步扩大并将继续推动开关电源技术进步的主要用户是计算机及外围设备，另外，快速发展的通讯及消费市场也正逐渐引起开关电源制造商的关注。因此，研究开关电源是非常有必要的，对于我们以后的发展是很有帮助的。

因此，本文将围绕开关电源的高效性，可靠性，模块化，稳定性，低噪声，抗电磁干扰及应用等方面展开详细论述，论述是将借鉴近年来大量的文献，以此增加说服力。正文

开关电源的功率和效率问题

为了使开关电源轻，小，薄，高频化（开关电源频率达兆赫级）是必然发展趋势。而高频化有必然使传统的PWM开关功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频，高效的预期效益，因此实现零电压导通，零电流关断软开关技术成为开关电源的主流。采用软开关技术可使效率达到85%~88%。

开关电源是电源的发展方向，但是开关电源功率因数很低，它的输入电流波形严重畸变，所含谐波对电网有干扰，股提高功率因数，抑制谐波，减小对电网的干扰是重要的课题。通常抑制谐波，改善功率因数的三种常用方法是串联谐振滤波器，并联谐振滤波器，升压式变换器。其中有源式升压式变换器是提高功率因数的最好的方法。

高可靠性

开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容器，光耦合器及排风扇等的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是依赖于用方。大部分通过降低结温，减少器件的电应力，降低运行电流等措施使其DC/DC开关电源系列产品的可靠性大大提高，产品平均无故障工作时间高达1000000h以上。

稳定性

开关电源设计重点有两点：一是磁路设计，二是稳定性设计，重点解决的是输出电压的品质问题。稳定型设计的好坏直接决定开关电源启动特性，输入电压越变响应特性，负载跃变响应特性，高低温稳定性，生产和调试难易度。解决控制环路稳定性的方法有一，分析法，在总体分析时，要求所有的参数要精确地等于规定值是不可能的，尤其是电感值，在整个电流变化范围内，电感值不可能保持常数。二，经验法 这种方法是控制环路采用具有低频主导极点的过补偿控制放大器组成闭路来获得初始稳定性。然后采用瞬时脉冲负载方法来补偿网络进行动态优化，这种方法快而有效。

抗电磁干扰能力

开关电源产生的对外干扰，如电源线谐波电流，电源线传导干扰等，可以用减小抗干扰源方法解决。开关电源的电磁干扰抑制措施主要有：（1）屏蔽技术，利用屏蔽技术来阻挡或减小电磁能量传输的一种重要技术，在开关电源中，可发出电磁波的原件是指变压器，电感器，功率器件等，通常在其周围用铜板或铁板作为屏蔽等。（2）EMI滤波，在抑制开关电源传导干扰方面，具有明显效果由于电源线中同时存在共模干扰和差模干扰，所以滤波器有共模和差模滤波电路综合构成。(3)接地技术，为电路或系统提供一个零电位参考点，接地有三种基本类型：安全接地，工作接地，屏蔽接地。安全接地是以安全为目的的保护地线，常与金属机壳机架连接。工作接地是指为设备中各个电路提供稳定的零点电位。为了抑制干扰，电缆，变压器等屏蔽需要接地，相应的称为屏蔽地线。开关电源的应用

一 电视用高压开关电源设计 一种用于数字彩电的小功率高压开关电源的基本工作原理，该开关电源采用了高压发生电路与行扫描相分离的独立结构。独立振荡器产生的开关信号提供给开关管，推动高压变压输出CRT管所需要的阳极高压，并通过对阳极高压取样，控制振荡信号频率，以达到稳定高压的目的，彻底解决了大屏幕显像管所需的阳极高压及其稳定性问题。这种设计在阳极高压为30KV，输出电流在2.5mA时，阳极电压跌落在0.3KV以下，该开关电源具有体积小，输出高压稳定的特点，特别适用于CRT管数字彩电显像管阳极所需高压或高压稳定性要求较高的设备。

二

利用开关电源解决侧色色差计的稳定性问题

国产测量仪器长期以来一直存在着稳定性与可靠性差的问题。传统的解决方法是采用串联型稳压电源但其效率低，存在着体积大且笨重的工频变压器，发热多散热慢。开关稳压电路主要有开关调整管，储能变压器，稳压控制电路，激励脉冲产生电路组成，它直接丈220V/50Hz交流电整流成约300V的直流电压，然后进行直流—直流变换，丈300V直流电压变换成各种所需值得直流输出电压。根据测色色差计的要求，选择自激式开关稳压电源，即RCC式变换电路。这种电路适合50W以下输出容量的电源，而采用自激式，无需振荡电路，元件少结构简单。在开关电源的工作下，解决了长期以来测色色差计在的难题，使其成为了一个实用，可靠且较为先进的测色计量仪器。

文献综述结论

开关电源的未来发展特别光明，开关电源正接近成为理想电源，现在新格式的数码音源和数字放大器发展很快，必将成为未来的主流。而数字功放的核心就是开关放大电路，自然而然就只有开关电源能与之门当户对了。从特征和潜力来看门开关电源是有可能成为我们心目中的理想电源的。它具有高能，高效，低失真，低内阻，高精度，高稳定度，等优点，必将成为未来电源的流。参考文献

（1）周以琳，战智涛，江海波，郭彬，青岛科技大学，自动化与电子工程学院《防火卷帘门瞬间大功率交流备用电源设计》

（2）王其岗，荣焱，航天科技集团五院五一O所，甘肃兰州《开关电源稳定性计》

（3）胡威捷，北京理工大学颜色科学与工程国家专业实验室，北京《利用开关电源解决测色色差计的稳定性问题》

（4）冯建卿，苏州大学，电子信息学院，江苏，苏州《开关电源的电磁干扰抑制探讨》

（5）严志豪，王祥斌，陕西康佳电子有限公司，陕西，咸阳《数字电视用高压开关电源设计》

（6）史立生，尹成群，华北电力学院电子系，保定《开关电源功率因数校正分析》

（7）郑英兰，李兵，沈阳职业技术学院电气工程系，辽宁沈阳《低电压大电流开关电源的设计》

（8）钮大安，西南自动化研究所 绵羊 《CRT彩色显示器开关电源电路分析与维修

（二）》

（9）王晓秋，北京电力电子研究开发中心，《提高开关电源功率因数的方法》

（10）Suresh Haiharan Design Single-Switch Forward

Converter 2005(10)

（11）Wahlers R L;Huang C Y D;Heinz M R Low profile LTCC

transformers [外文会议] 2002

（12）KUISMAL M Variable frequency switching in power

supply

EMI-control:an

overview

aerospace

and

electronic systems magazine 2003(18)

（13）HIRAKI E;TANAKA T;NAKAOKA M Zero-voltage and

zero-current soft-switching PWM Inverter

（14）TOKIN.Transformers/choke Coi1s.Cat.No.CD-54IE,April,5,1999,printed japanese

in（15）Zhang H W An improved microchip thin film

transformer formed by vacuum evaporation and sputtering

[

外

文

期

刊

]

2001(01)

DOI:10.1016/S0042-207X(00)00455-3

第二篇：开关电源

开关电源

开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。

SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

开关电源的三个条件

1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态

2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频

3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流

开关电源的分类

人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。

2.1 DC/DC变换

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压

U0小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压

U0大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其

输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电

压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。

还有Sepic、Zeta电路。

上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90％。

2.2AC/DC变换

AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

开关电源的选用

开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.5～1）％。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点：

3.1输出电流的选择

因开关电源工作效率高，一般可达到80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：

Is=KIf

式中：Is—开关电源的额定输出电流；

If—用电设备的最大吸收电流；

K—裕量系数，一般取1.5～1.8；

3.2接地

开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。

3.3保护电路

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。

开关电源技术的发展动向

开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（MnZn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。

电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。

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开关电源 测试方法

一． 耐电压

（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV

1.1 定义:于指定的端子间,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG间,可耐交流之有效值,漏电流一般可容许10毫安,时间1分钟。

1.2 测试条件：Ta：25摄氏度；RH：室内湿度。

1.3 测试回路：

1.4 说明：

1．4．1 耐压测试主要为防止电气破坏，经由输入串入之高压，影响使用者安全。

1．4．2 测试时电压必须由0V开始调升，并于1分钟内调至最高点。

1．4．2 放电时必须注意测试器之Timer设定，于OFF前将电压调回 0V。

1．4．3 安规认证测试时，变压器需另行加测，室内，温度25摄氏度，RH：95摄氏度，48HR，后测试变压器初/次级与初级/CORE。

1．4．5生产线测试时间为1秒钟。

二．纹波噪声（涟波杂讯电压）

（Ripple & Noise）%，mv

2．1定义：

直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。

2．2测试条件:

I/P: Nominal

O/P : Full Load

Ta : 25℃

2．3测试回路:

2．4测试波形:

2．5说明:

2．5．1示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。

2．5．2使用1：1之Probe。

2．5．3 Scope之BW一般设定于20MHz，但是对于目前的网络产品测试纹波噪声最好将BW设为最大。

2．5．4 Noise与使用仪器，环境差异极大，因此测试必须表明测试地点。

2．5．5测试纹波噪声以不超过原规格值 +1%Vo。

三．漏电流（洩漏电流）

（Leakage Current）mA

3．1定义：

输入一机壳间流通之电流（机壳必须为接大地时）。

3．2测试条件：

I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz

Vin max.(UL1012)/60Hz

O/P: No Load/Full Load

Ta: 25 ℃

3.3测试回路：

3．4说明：

3．4．1 L，N均需测。

3．4．2UL1012 R值为1K5。

TUV R值为2K/0。15uF。

3．4．3漏电流规格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。

四．温度测试

（Temperature Test）

4.1定义：

温度测试指PSU于正常工作下，其零件或Case温度不得超出其材质规

格或规格定值。

4．2测试条件：

I/P: Nominal

O/P: Full Load

Ta : 25℃

4．3测试方法：

4．3．1将Thermo Coupler(TYPE K)稳固的固定于量测的物体上

（速干、Tape或焊接方式）。

4．3．2 Thermo Coupler于末端绞三圈后焊成一球状测试。

4．3．3我们一般用点温计测量。

4．4测试零件：

热源及易受热源影响部分

例如：输入端子、Fuse、输入电容、输入电感、滤波电容、桥整、热

敏、突波吸收器、输出电容、输出电容、输出电感、变压器、铁芯、绕线、散热片、大功率半导体、Case、热源零件下之P.C.B.……。

4．5零件温度限制：

4．5．1零件上有标示温度者，以标示之温度为基准。

4．5．2其他未标示温度之零件，温度不超过P.C.B.之耐温。

4．5．3电感显示个别申请安规者，温升限制65℃Max(UL1012),75℃

Max(TUV)。

五．输入电压调节率

（Line Regulation）, %

5．1定义：

输入电压在额定范围内变化时，输出电压之变化率。

Vmax-Vnor

Line Regulation(+)=------------------

Vnor

Vnor-Vmin

Line Regulation(-)=------------------

Vnor

Vmax-Vmin

Line Regulation=----------------

Vnor

Vnor:输入电压为常态值，输出为满载时之输出电压。

Vmax:输入电压变化时之最高输出电压。

Vmin:输入电压变化时之最低输出电压。

5．2测试条件：

I/P：Min./Nominal/Max

O/P:Full Load

Ta:25℃

5.3测试回路：

5．4说明：

Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor与Vmin-Vnor之±最大

值以mV表示，再配合Tolerance%表示。

六．负载调节率

（Load Regulation）%

5．1定义：

输出电流于额定范围内变化（静态）时，输出电压之变化率。

|Vminl-Vcent|

Line Regulation(+)=------------------×100%

Vcent

|Vcent-VfL|

Line Regulation(-)=------------------×100%

Vcent

|VminL-VfL|

Line Regulation(%)=----------------×100%

Vcent

VmilL:最小负载时之输出电压

VfL:满载时之输出电压

Vcent:半载时之输出电压

6．2测试条件：

I/P：Nominal

O/P:Min./Half/Full Load

Ta:25℃

6.3测试回路：

6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent与Vcent-Vmax.之±最大

值以mV表示，再配合Tolerance%表示。

第三篇：基于DSP开关电源

基于DSP的开关电源

摘要

本文以TMs320LF2407A为控制核心，介绍了一种基于DSP的大功率开关电源的设计方案。该电源采用半桥式逆变电路拓扑结构，应用脉宽调制和软件PID调节技术实现了电压的稳定输出。最后，给出了试验结果。试验表明，该电源具有良好的性能，完全满足技术规定要求。关键字：DSP；开关电源；PID调节

ABSTRACT In this paper,setting TMs320LF2407A as the control center, it describes a DSP-based high-power switching power source design.The power supply uses a half-bridge inverter circuit topology, applications and software PID regulator pulse width modulation technology to achieve a stable output voltage.Finally, the experimental results was given.The experimental results show that the power supply has a good performance, fully meeting the technical requirements.Key Words: DSP;Switching power supply;PID

0 引 言

信息时代离不开电子设备，随着电子技术的高速发展，电子设备的种类与日俱增，与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备又都离不开可靠的供电电源，它们对电源供电质量的要求也越来越高。

目前，开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。与之相应，在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的发展日新月异，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，也是开关电源今后的发展趋势。电源的总体方案设计

本文所设计的开关电源的基本组成原理框图如图1所示，主要由功率主电路、DSP控制回路以及其它辅助电路组成。

开关电源的主要优点在“高频”上。通常滤波电感、电容和变压器在电源装置的体积和重量中占很大比例。从“电路”和“电机学”的有关知识可知，提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效地降低电源装置的体积和重量。以带有铁芯的变压器为例，分析如下：

图1.开关电源基本原理

设铁芯中的磁通按正弦规律变化，即φ= φMsinωt，则：

eLWdWcostEMcost dt(1)式中，EM= ωWφ M=2πfWφM，在正弦情况下，EM=√2E，φM=BMS，故：

E2fWM4.44fWBMS 2(2)式中，f为铁芯电路的电源频率；W 为铁芯电路线圈匝数；BM为铁芯的磁感应强度；S为铁芯线圈截面积。

从公式可以看出电源频率越高，铁芯截面积可以设计得越小，如果能把频率从50 Hz提高到50 kHz，即提高了一千倍，则变压器所需截面积可以缩小一千倍，这样可以大大减小电源的体积。

综合电源的体积、开关损耗以及系统抗干扰能力等多方面因素的考虑，本开关电源的开关频率设定为30 kHZ。系统的硬件设计 2.1 功率主电路

本电源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”变换的结构，主要由输入电网EMI滤波器、输人整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路等几部分组成，如图2所示。

图2.功率主电路原理图

图3.功军主回路的电压波形变化

本开关电源采用半桥式功率逆变电路。如图2所示，输入市电经EMI滤波器滤波，大大减少了交流电源输入的电磁干扰，并同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N两点问。P、N之间接人一个小容量、高耐压的无感电容，起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容CA1和CA2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度，CA1和CA2往往采用的是由多个等值电容并联组成的电容组。C A1、CA2 的容量选值应在电源体积和重量允许的条件下尽可能的大，以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。CA1 和CA2 在这里同时起到了静态时分压的作用，使Ua =Uin／2。

在本电源的设计中，采用IGBT来作为功率开关器件。它既具有MOSFET的通断速度快、输入阻抗高、驱动电路简单及驱动功率小等优点，又具有GTR的容量大和阻断电压高的优点。

在IGBT的集射极间并接RC吸收网络，降低开关应力，减小IGBT关断产生的尖峰电压；并联二极管DQ实现续流的作用。二次整流采用全波整流电路，通过后续的LC滤波电路，消除高频纹波，减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成，以提高电源的可靠性，使输出直流电压更加平稳。2.2 控制电路

控制电路部分实际上是一个实时检测和控制系统，包括对开关电源输出端电压、电流和IGBT温度的检测，对收集信息的分析和运算处理，对电源工作参数的设置和显示等。其控制过程主要是通过采集开关电源的相关参数，送入DSP芯片进行预定的分析和计算，得出相应的控制数据，通过改变输出PWM波的占空比，送到逆变桥开关器件的控制端，从而控制输出电压和电流。

控制电路主要包括DSP控制器最小系统、驱动电路、辅助电源电路、采样电路和保护电路。

（1）DSP控制器最小系统

DSP控制器是其中控制电路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片，它是美国TEXAS INSTU—MENTS（TI）公司的最新成员。TMS30LF2407A基于C2xLP内核，和以前C2xx系列成员相比，该芯片具有处理性能更好（30MIPS）、外设集成度更高、程序存储器更大、A／D转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品，特别适用于电机以及逆变器的控制。DSP控制器最小系统包括时钟电路、复位电路以及键盘显示电路。时钟电路通过15 MHz的外接晶振提供；复位电路直接通过开关按键复位；由4×4的矩阵式键盘和SPRT12864M LCD构成了电源系统的人机交换界面。

（2）驱动放大电路

IGBT的驱动电路采用脉冲变压器和TC4422组成，其电路原理图如图4所示：

图4.IGBT驱动电路原理图

由于TMS320LF2407A的驱动功率较小，不能胜任驱动开关管稳定工作的要求，因此需要加上驱动放大电路，以增大驱动电流功率，提高电源系统的可靠性。如图4所示，采用两片TCA422组成驱动放大电路。

TC4421／4422是Microchip公司生产的9A高速MOsFET／IGBT驱动器，其中TC4421是反向输出，TC4422是同向输出，输出级均为图腾柱结构。

TC4421／4422具有以下特点：

①输出峰值电流大：9 A；

② 电源范围宽：4.5 V～18 V；

③连续输出电流大：最大2 A；

④快速的上升时间和下降时间：30 ns（负载4700pF），180 ns（负载47000 pF）；

⑤传输延迟时间短：30 ns（典型）；

⑥供电电流小：逻辑“1”输入～200μA（典型），逻辑“0”输入～55 μA（典型）；

⑦输出阻抗低：1.4 Ω（典型）；

⑧闭锁保护：可承受1.5 A的输出反向电流；

⑨输入端可承受高达5 V的反向电压；

⑩能够由TTL或CMOS电平（3 V～18 V）直接驱动，并且输人端采用有300 mV滞回的施密特触发电路。

当TMS320LF2407A输出的PWM1为高电平，PWM2为低电平时，经过TCA422驱动放大后输出，在脉冲变压器一次侧所流过的电流从PWMA流向PWMB，如图4中箭头所示，电压方向为上正下负。

根据变压器的同名端和接线方式，则开关管Q1的栅极电压为正，Q2的栅极电压为负。因此，此时是驱动QM1导通。反之若是PWM1为高电平，PWM2为低电平时，则是驱动Q2导通。四只二极管DQ1 ～DQ2的作用是消除反电动势对TCA422的影响。

（3）辅助电源电路

本开关电源电路设计过程中所需要的几路工作电源如下：

① TMS320LF2407 DSP所需电源：I／O 电源（3.3 V），PLL（PHSAELOCKED LOOP）电源（3.3 V），FIASH编程电压（5 V），模拟电路电源电压（3.3 V）；②TCA422芯片所需电源：电源端电压范围4.5～18 V（选择15 V）；③采样电路中所用运算放大器的工作电源为15 V。

因此，整个控制电路需要提供15 V、5 V和3.3 V三种制式的电压。设计中选用深圳安时捷公司的HAw 5-220524 AC／DC模块将220 V、50 Hz的交流电转换成24 V直流电，然后采用三端稳压器7815和7805获得15 V和5 V的电压。TMS320LF2407A所需的3.3 V由5 V通过TPS7333QD电压芯片得到。（4）采样电路

电压采样电路由三端稳压器TL431和光电耦合器PC817之问的配合来构成。电路设计如图5所示，TL431与PC817一次侧的LED串联，TL431阴极流过的电流就是LED的电流。输出电压Ud经分压网络后到参考电压UR与TL431中的2.5 V基准电压Uref进行比较，在阴极上形成误差电压，使LED的工作电流 If发生变化，再通过光耦将变化的电流信号转换为电压信号送人LF2407A的ADCIN00引脚。

图5.电压采样电路原理图

由于TMS320LF2407A的工作电压为3.3 V，因此输入DSP的模拟信号也不能超过3.3 V。为防止输入信号电压过高造成A／D输入通道的硬件损坏，我们对每一路A／D通道设计了保护电路，如图5所示，Cu2，CU3 起滤波作用，可以将系统不需要的高频和低频噪声滤除掉，提高系统信号处理的精度和稳定性。

另外，采用稳压管限制输入电压幅值，同时输入电压通过二极管与3.3 V电源相连，以吸收瞬间的电压尖峰。

当电压超过3.3 V时，二极管导通，电压尖峰的能量被与电源并联的众多滤波电容和去耦电容吸收。并联电阻Ru4的目的是给TL431提供偏置电流，保证TL431至少有1 mA的电流流过。Cu1 和RU3作为反馈网络的补偿元件，用以优化系统的频率特性。

电流采样的原理与电压采样类似，只是在电路中要通过电流传感器将电流信号转换为电压信号，然后再进行采集。

（5）保护电路

为保证系统中功率转换电路及逆变电路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PDPINTA,各种故障信号经或门CD4075B综合后，经光电隔离、反相及电平转换后输入到PDPINTA引脚，有任何故障时，CD4075B输出高电平，PDPINTA引脚相应被拉为低电平，此时DSP所有PWM输出管脚全部呈现高阻状态，即封锁PWM输出。整个过程不需要程序干预，由硬件实现。这对实现各种故障信号的快速处理非常有用。在故障发生后，只有在人为干预消除故障，重启系统后才能继续工作。系统的软件实现

为了构建DSP控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试、维护、修改、更新和扩充，在软件设计中采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块、ADC信号采集模块、PID运算处理模块、PWM波生成模块、液晶显示模块以及按键扫描模块。各模块间的流程如图6所示。

图6.功能模块流程图

3.1 初始化模块

系统初始化子程序是系统上电后首先执行的一段代码，其功能是保证主程序能够按照预定的方式正确执行。系统的初始化包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、LCD初始化和外扩单元的检测等。

3.2 ADC采样模块

TMS320LF2407A芯片内部集成了10位精度的带内置采样／保持的模数转换模块（ADC）。根据系统的技术要求，10位ADC的精度可以满足电压的分辨率、电流的分辨率的控制要求，因此本设计直接利用DSP芯片内部集成的ADC就可满足控制精度。另外，该10位ADC是高速ADC，最小转换时间可达到500 ns，也满足控制对采样周期要求。

ADC采样模块首先对ADC进行初始化，确定ADC通道的级联方式，采样时间窗口预定标，转换时钟预定标等。然后启动ADC采样，定义三个数组依次存放电压、电流和温度的采样结果，对每一个信号采样8次，经过移位还原后存储到相应的数组中，共得到3组数据。如果预定的ADC中断发生，则转人中断服务程序，对采样的数据进行分析、处理和传输。以电压采样为例，其具体的流程图如图7所示。

图7.程序流程图

3.3 PID运算模块

本系统借助DSP强大的运算功能，通过编程实现了软件PID调节。由于本系统软件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un，式（3）为增量式PID算法的离散化形式：

unKp(enen1)KienKd[en2en1en2]

(3)

开关电源在进入稳态后，偏差是很小的。如果偏差e在一个很小的范围内波动，控制器对这样微小的偏差计算后，将会输出一个微小的控制量，使输出的控制值在一个很小的范围内，不断改变自己的方向，频繁动作，发生振荡，这既影响输出控制器，也对负载不利。

为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作所引起的系统振荡，在PID算法的设计中设定了一个输出允许带eo。当采集到的偏差|en|≤eo时，不改变控制量，使充电过程能够稳定地进行；只有当|en| >eo 时才对输出控制量进行调节。PID控制模块的程序流程如图8所示：

图8.PID运算程序流程图

TMS320LF2407A内部包括两个事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括通用定时器GP、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。通过TMS320LF2407A事件管理模块中的比较单元可以产生带死区的PWM波，与PWM 波产生相关的寄存器有：比较寄存器CMPRx、定时器周期寄存器Tx—PR、定时器控制寄存器TxCON、定时器增／减计数器TxCNT、比较控制寄存器COMCONA／B、死区控制寄存器DBTCONA／B。

PWM波的生成需对TMS320LF2407A的事件管理模块中的寄存器进行配置。由于选用的是PWM1／2，因此配置事件管理寄存器组A，根据需要生成带死区PWM波的设置步骤为：

（1）设置并装载比较方式寄存器ACTRA，即设置PWM波的输出方式；

（2）设置T1CON寄存器，设定定时器1工作模式，使能比较操作；

（3）设置并装载定时器1周期寄存器T1PR，即规定PWM 波形的周期；

（4）定义CMPR1寄存器，它决定了输出PWM 波的占空比，CMPR1中的值是通过计算采样值而得到的；

（5）设置比较控制寄存器COMCONA，使能PD—PINTA 中断；

（6）设置并装载死区寄存器DBTCONA，即设置死区时间。

图9.带死区PWM波的生成原理

3.5 键盘扫描及LCD显示模块

按键扫描执行模块的作用是判断用户的输入，对不同的输入做出相应的响应。本开关电源设计采用16个压电式按键组成的矩阵式键盘构成系统的输入界面。16个按键的矩阵式键盘需要DSP的8个I／O口，这里选用IOPA0～IOPA3作为行线，IOPF0～IOPF3作为列线。由于TMS320LF2407A都是复用的I／O口，因此需要对MCRA和MCRC寄存器进行设置使上述8个I／O口作为一般I／O端口使用。按键扫描执行模块采用的是中断扫描的方式，只有在键盘有键按下时才会通过外部引脚产生中断申请，DSP相应中断，进人中断服务程序进行键盘扫描并作相应的处理。

LCD显示模块需要DSP提供11个I／O口进行控制，包括8位数据线和3位控制线，数据线选用IOPB0～IOPB7，控制线选用IOPFO IOPF2，通过对PBDATDIR和PFDATDIR寄存器的设置实现DSP与LCD的数据传输，实时显示开关电源的运行状态。结论

本文介绍的基于DSP的大功率高频开关电源，充分发挥了DSP强大功能，可以对开关电源进行多方面控制，并且能够简化器件，降低成本，减少功耗，提高设备的可靠性。

参考文献

[1]何希才.新型开关电源的设计与应用[J]．北京：科学出版社，2001 [2]刘和平，严利平，张学锋等.TMS320LF240xDSP结构、原理及应用[J]．北京：航空航天大学出版社，2002 [3] 陈伟，马金平，杜志江，李永利.基于DSP的PWM型开关电源的设计[J].微计算机信息，2006，12(5)：238-240 [4]周志敏，周纪海.开关电源实用技术——设计与应用[J].北京：人民邮电出版社，2003 [5] 毛晓波.交流采样技术及其DSP实现方法.微计算机信息[J].2005，11(5)：36-39

第四篇：开关电源及模块市场需求分析

开关电源及模块电源的市场需求分析

简要介绍一下相关市场需求量大、而又急需，供应少的电源需求。

1． 电力电源（针对中国新电网标准，电网改造的新电源标准）

这两年我国电网改革，据我们新发布的国家电网新标准，在电力仪表方面应用到一种超宽电压输入，大概10W-15W左右的电力开关电源，需求量非常巨大，这类电源有以下参数特点：

A 超宽输入：AC80~700或65~500，B 输出电压为两路：5V,1.2A左右，峰值1.8A;12V,0.4A,峰值0.8A;

C 输出可调，有些为三路或四路或可定制。

D 用量非常巨大，国内几家大型企业的用量都在几万只以上。

E 市场售价大概都在80元左右（含税）。

2． LED电源

LED屏电源，传统屏电源因为已经竞争太激烈忽略不讲。着重说下LED超薄屏（租赁业偏多）

A 输入：85~264宽电压输入，带PFC，带风扇

B 输出：5V，40A；或5V，60A；或5V，80A（三种功率较常用）

C 体积要求：厚度3cm，长度及宽度尽量控制（参考长宽：长19cm，宽110cm）

D这类开关电源的市场300W，售价大概都在200多元

以上是开关电源的要求，目前国内市场上用得非常多。

现在科索正在开发AC-DC的科索模块电源，5V，60A的体积大概是

117*61*12.7 mm，具备PFC功能。

此类模块电源市场上基本没有，开发难度较大。供贵司参考。

当然，开关电源因为具有风扇会有机械噪声，而且在全封闭的要求防水的LED屏的情况下，工作效率会受到影响可能会降额；而模块电源的好处是不需使用风扇，模块则需要通过直接接触客户箱体，借助客户的机壳热传导散热，且能在高温环境下工作又不产生噪声。

3． 铁路机车专用模块电源

虽然需求量巨大，但是因为铁路建设及轨道建设的特殊性，中国铁道市场应用的电源模块特点还是相对比较单一。主要是有以下特点：

电压输入范围：DC60-160V（标称值DC110V）

模块功率范围： 50-200W（一般不超过200W）

输出电压：DC5V，12V，13.8V，15V等（也有特殊需求看应用）

工作温度范围：-40~85 度（少数高温达100摄氏度）

另外铁路及轨道用模块电源，在抗冲击震动，以及浪涌电流等方面，有着更高的要求。一般机车载的设备供电电源模块的需求都是DC110V输入的。

像国内的品牌100W的大概都在150~200左右，200W的模块大致是250左右。而日本、美国的品牌差不多大概都是国产价格的两倍。

用量巨大，像南车，北车等巨头一年用量都是在数十万只电源模块。当然他们用的大都是VICOR、COSEL、LAMBDA等模块电源，因为量大，而且价格也是要比平常售价要低不少。

4． 通讯-直放站、基站放大器电源

以前我们亦有客户应用的，如上次的深圳银波达，是要用AC-DC1500W，12V，3A；28V，40A；这样的双路输出电源。

此类通信电源的以下参数特点：

A．300W以上，如300W，600W，1000W，1500W等几个功率用得非常多

B．输出电压为双路，5V，27V；或者是12V，27V，两种。

C．自带风扇，体积尽量小

国内此类市场大多为国内的几个品牌占据，如金威源，明纬等，有部分是爱默生、LAMBDA，等几个品牌占据，少数为国内的厂家定做。

市场价格方面：

如国内产的大概是300W，200元左右，依此按比例类推

LAMBDA的经济型的1500W的价格，大概也卖到了1600元左右。

因为现国内3G网络正于火热建设中，市场需求比较大。深圳一家中小型企业一年都可以用上千台这种1000W的电源。

第五篇：开关电源心得

单端反激式开关电源设计心得体会

原理图

一、电路组成及工作原理 单端反激式开关电源是一种单片开关电源，采用美国IP公司的开关电源芯片TOP226Y。单端是指开关电源芯片（本文采用TOP226Y）只有一个脉冲调制信号功率输出端 —— 漏极D。反激是指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能[11]。

由TOP226Y芯片构成的单端反激式开关电源电路主要包括：输入整流滤波电路、功率变换电路、输出滤波电路、反馈电路及控制电路几部分组成。功率电路采用单端反激式DC/DC变换器，控制电路是TOP226Y（TOPSwitch-II系列）芯片来实现对输出控制的功能。

电源简要工作原理如下:交流电Ui经输入整流滤波电路后输入到高频变压器一次侧，电压经反激后，次级的高频电压经过输出整流滤波电路整流滤波后，获得输出电压Uo。图中钳位电路是用来吸收高频变压器的漏感产生的尖峰电压，从而保护了TOP226Y中功率管不被尖峰电压烧毁。误差放大器和光耦组成反馈电路，当由于某种原因致使Uo上升，则光耦中发光二极管的电流升高，经过光耦后，使光耦中的电流也升高，使得TOP226Y控制端电流升高，经TOP226Y内控制后，使控制脉宽占空比降低，使Uo维持不变，从而实现稳压目的；反之亦然。

二、心得体会

这学期我们做了一个反激式开关电源课程设计。从分析电路的原理、查询所用相关器件的资料，再网购所有器件，最后焊接电路板并测试花了较长的时间！特别是网购器件的时候，因为有的器件没有标明具体参数要求，其中变压器还需要订制。买好器件就是焊接的问题了，对着电路图焊接板子需要很仔细，芯片的管脚、电容等正负极容易接反。我焊接的板子就因为正负极错了，结果测试插电就炸了电容。经检查改正最后完成了！整个课程设计下来我觉得做一个电子产品不简单，最关键是要懂得原理，焊接过程认真对待就能做好！